法雷奥使用Simcenter 3D motion加速汽车雨刮器开发
背景:
法雷奥是一家汽车零部件供应商，与世界各地众多汽车制造商合作，法雷奥拥有各种品牌的雨刷器，设计美观、高效且易于适应所有车辆。
挑(tiao)战：
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如何(he)实(shi)现(xian)与测(ce)试关联的(de)仿真(zhen)流程
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避免在雨雪冰冻条件下进行测(ce)试
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改进电(dian)机以减轻(qing)重量(liang)并优化系统性能
- 扩展(zhan)包括(kuo)控制在内的仿真流程
关键因素：
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采用(yong)Simcenter 3D Motion，将机构和有限元相结合
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包含柔性体的电机精确建模
- 系(xi)统级仿真
结果：
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提升(sheng)仿真精度(du)
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降低物(wu)理样机成本(ben)
- 提升产品声誉
使用Simcenter 3D预测雨刮器性能
雨刮器要确保在任何速度和任何情况下都能保持挡风玻璃能见度，从而有助于驾驶员的安全驾驶。它们通过来回移动，有效地去除水、雪和灰尘。尽管存在设计变化，但大多数雨刮器系统都是将电机与涡轮齿轮结合起来，通过连接将电机的输出转换为雨刮器运动。这个过程看起来很简单，但实际上比较复杂。
雨刮器叶片需要完美贴合挡风玻璃的形状，并且必须在各种操作条件下无数次重复相同的动作。大雨环境下可能需要很大的加速度，这需要电机产生比较大的驱动力矩。传感器用于检测要去除的水量，保证擦拭动作完成后，叶片回到驻车位置。
“在(zai)确(que)定我(wo)(wo)们雨(yu)刮(gua)(gua)器(qi)系统的尺(chi)寸时(shi)，两种(zhong)载荷(he)工况至关重(zhong)要：雪载荷(he)以及(ji)冰(bing)冻条(tiao)件下(xia)雨(yu)刮(gua)(gua)叶片被冻结(jie)在(zai)挡风玻璃上。”法(fa)雷奥雨(yu)刷系统仿(fang)真(zhen)经(jing)理Christophe Joly说：“测试这(zhei)些(xie)工况需(xu)(xu)要繁琐(suo)的设置并且(qie)耗(hao)费(fei)了(le)我(wo)(wo)们大(da)量的时(shi)间，特别是当我(wo)(wo)们需(xu)(xu)要在(zai)多个(ge)物(wu)理样机中重(zhong)复这(zhei)一(yi)过(guo)程。因(yin)此，通(tong)过(guo)仿(fang)真(zhen)预测、优化这(zhei)些(xie)性能非常重(zhong)要的。这(zhei)可(ke)以大(da)大(da)减少实验室(shi)的工作量。”
Simcenter 3D Motion构建(jian)雨刮器机构动(dong)力学(xue)模型(xing)
Simcenter 3D Motion接触斑点分(fen)析
Simcenter 3D Motion能够对雨(yu)刷片以不(bu)同角度停滞负载工况进行真实载荷预(yu)测。由于(yu)仿真结果(guo)与评估期间(jian)的测量数据相(xiang)吻合，法(fa)雷(lei)奥采用该软件(jian)作为日常产品开发工(gong)具。
“Simcenter 3D Motion是系统级的(de)仿真工(gong)具(ju)，因(yin)此，它在(zai)雨(yu)刷(shua)部门的(de)每(mei)个(ge)项目中(zhong)都被(bei)使用。它还被(bei)用于(yu)验证电机(ji)是否足以在(zai)极端(duan)情(qing)况下工(gong)作(zuo)。在(zai)几天内，我们就可以完成所有的(de)计算，并得(de)到(dao)一份(fen)关于(yu)整(zheng)个(ge)雨(yu)刷(shua)系统的(de)完整(zheng)详细报告。” 法雷奥雨(yu)刷(shua)系统仿真经理Christophe Joly评(ping)价道
在评(ping)估过程(cheng)(cheng)中，法雷奥工(gong)(gong)程(cheng)(cheng)师(shi)(shi)创建了两(liang)个不同的(de)虚拟雨刷系统，将机(ji)构(gou)的(de)动力(li)学模型与柔性部(bu)件(jian)的(de)有限元模型相结合。仿真结果与实际物理(li)样(yang)机(ji)上力(li)和扭矩(ju)传感(gan)器的(de)测量结果进行了比较。Christophe Joly说：“无论是(shi)在雪荷(he)载工(gong)(gong)况下的(de)峰值(zhi)，还是(shi)在冰封(feng)情况下的(de)平衡荷(he)载，两(liang)者之间的(de)差异都保(bao)持在20%以下。”“当考虑到实验值(zhi)的(de)离(li)散(san)时，差距变得(de)更小。此外，我们(men)(men)还可以研究失速(su)角，这对我们(men)(men)来说是(shi)全新(xin)的(de)。该软件(jian)允(yun)许法雷奥工(gong)(gong)程(cheng)(cheng)师(shi)(shi)最终部(bu)署(shu)一(yi)种标(biao)准(zhun)的(de)方法来进行真实的(de)机(ji)构(gou)模拟。”
“以(yi)(yi)前(qian)(qian)，载荷(he)通(tong)常是由经验定义的(de)(de)(de)(de)(de)，我(wo)(wo)们(men)使用静态方法。这并不(bu)一定是正确(que)的(de)(de)(de)(de)(de)，” Christophe Joly说道。“使用Simcenter 3D Motion，我(wo)(wo)们(men)可以(yi)(yi)真(zhen)正模拟在(zai)(zai)物(wu)理实验室中所做(zuo)的(de)(de)(de)(de)(de)事(shi)情，考虑真(zhen)实的(de)(de)(de)(de)(de)电机，系统刚度值，温度等。我(wo)(wo)们(men)花在(zai)(zai)仿真(zhen)上的(de)(de)(de)(de)(de)时间(jian)比例(li)和(he)以(yi)(yi)前(qian)(qian)一样。但在(zai)(zai)这段时间(jian)内，我(wo)(wo)们(men)获得了(le)更高质量的(de)(de)(de)(de)(de)结(jie)果(guo)。现在(zai)(zai)可以(yi)(yi)对(dui)(dui)我(wo)(wo)们(men)的(de)(de)(de)(de)(de)仿真(zhen)结(jie)果(guo)更有信心(xin)，并将其用于预测产品性能，减少了(le)我(wo)(wo)们(men)对(dui)(dui)物(wu)理样机的(de)(de)(de)(de)(de)需求。这正是我(wo)(wo)们(men)的(de)(de)(de)(de)(de)客户想要的(de)(de)(de)(de)(de)。”
由于减少了对物理样机的需求，法雷奥的工程师们也对这种新的流程印象深刻。新的软件模块无缝集成于法雷奥的标准设计环境，使得仿真模型的创建更为便捷。最重要的是Simcenter 3D Motion求解器运行得非常快，结合其求解精度，大大减少了所需的物理样机数量。
构(gou)建完(wan)整的机电一(yi)体化仿真解决(jue)方案
除了机(ji)(ji)械系统的(de)尺寸，Simcenter 3D Motion仿真技术(shu)也可以处理电机(ji)(ji)设(she)计和(he)整体(ti)(ti)细化。法雷奥的(de)工程师目(mu)前正在(zai)研(yan)究(jiu)这方面的(de)能力。在(zai)第(di)一阶段，Simcenter 3D Motion可以用来创建刚(gang)体(ti)(ti)电机(ji)(ji)模型，确定关节中(zhong)的(de)载荷(he)，检查齿轮部件(jian)之间的(de)接触，并(bing)提取载荷(he)以确定齿轮箱的(de)尺寸。然后用有限元的(de)方式创建柔(rou)性部件(jian)代替(ti)齿轮箱进行动态多体(ti)(ti)仿真。基于该(gai)流程，研(yan)究(jiu)齿轮箱的(de)应(ying)力和(he)变(bian)形。
Simcenter 3D Motion雨刮器载荷计算
更为重要的是，这个模型可以扩展柔性的摆臂和雨刷叶片。这样就可以研究如何减少材料的使用，检查零件刚度对角度的影响，在其安装到挡风玻璃之前定义目标特征频率以及修改电磁输入。法雷奥工程师希望利用这些基于仿真的流程来促进机械和电机团队之间的合作。在同样的背景下，法雷奥还专注于Simcenter 3D Motion和MathWorks的MATLAB之间的机电联合仿真，以解决机电一体化的挑战。
Simcenter 3D Motion雨刮器(qi)刚(gang)柔耦(ou)合仿真
“如果我们想达到尽可能高的精度，我们需要包括电机的真实性能，” Christophe Joly说。“如果我们必须等到电机团队提供所有参数，这将推迟研发进程。联合仿真可以在电机样机可用之前进行计算，从而提高开发早期仿真结果的准确性，并在团队之间进行更多的信息交流。”
“Simcenter 3D Motion和MATLAB Simulink之间(jian)的(de)联合仿(fang)真(zhen)是我(wo)们(men)正(zheng)在寻找的(de)技术类型(xing)，” Christophe Joly总结(jie)(jie)道。“这将使机械团队能够做出更(geng)(geng)好的(de)仿(fang)真(zhen)结(jie)(jie)果，而电机团队可以(yi)在项(xiang)目早(zao)期获(huo)得更(geng)(geng)多(duo)的(de)整体性(xing)能数据。这一流程将帮助我(wo)们(men)更(geng)(geng)好地了解我(wo)们(men)产品的(de)性(xing)能，并(bing)在未来节省(sheng)大量的(de)开发时间(jian)。”
